第二章(發(fā)電變電輸電的電氣部分)

1第二章發(fā)電、變電和輸電的電氣部分

22.1概述2.1.1電氣設(shè)備作用：啟停機組、調(diào)整負荷、切換設(shè)備和線路、監(jiān)視主要設(shè)備的運行狀態(tài)、發(fā)生異常故障時及時處理等。目的：滿足電力生產(chǎn)和保證電力系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。3分類：1、一次設(shè)備：

對電能進行生產(chǎn)、變換、輸送、分配和使用的設(shè)備。2、二次設(shè)備

對一次設(shè)備和系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行測量、控制、監(jiān)視和保護的設(shè)備。一次設(shè)備：①生產(chǎn)和轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備發(fā)電機發(fā)電機-機械能轉(zhuǎn)換為電能電動機-電能轉(zhuǎn)化為機械能變壓器封閉母線變壓器-電壓升高或降低，滿足輸配電需要一次設(shè)備：②接通或斷開電路的開關(guān)電器高壓斷路器：正常運行和故障情況下用作斷開或接通電路中的正常工作電流及開斷故障電流。隔離開關(guān)：建立明顯的絕緣間隙，轉(zhuǎn)換線路增加線路聯(lián)接的靈活性。一次設(shè)備：②接通或斷開電路的開關(guān)電器負荷開關(guān)：只能開斷負載電流和一定過載電流。熔斷器：過載或短路時，起到開斷和保護的作用。熔斷器負荷開關(guān)傳動機構(gòu)彈簧脫扣機構(gòu)一次設(shè)備：②接通或斷開電路的開關(guān)電器一次設(shè)備：③限制故障電流和防御過電壓的電器電抗器（串聯(lián)）-限制短路電流，維持母線殘壓。避雷器-保護電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備的絕緣使其不受過電壓而損壞一次設(shè)備：④載流導體：將電氣設(shè)備連接起來架空線路：終端線、聯(lián)絡(luò)線電纜：用于城市、廠站內(nèi)部或附近、穿越江河或海峽母線：匯集和分配電能。硬母線由絕緣子支撐220kV母線10kV母線軟母線由絕緣子串懸掛在桿塔上圖形符號一次設(shè)備：⑤接地裝置變壓器中性點的工作接地接地刀閘閉合，保護檢修人員安全接地裝置埋入地下。與電力系統(tǒng)中性點的工作接地、防雷接地、保護接地、保護接零等相連。一次設(shè)備：⑥互感器(電流互感器、電壓互感器)將一次系統(tǒng)的高電壓和大電流轉(zhuǎn)換為二次系統(tǒng)標準的低電壓和小電流，供給儀表和保護裝置使用，使一次與二次系統(tǒng)可靠隔離。電流互感器電壓互感器一次設(shè)備：⑦無功補償設(shè)備如并聯(lián)電容器、串聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器，用來補償電力系統(tǒng)的無功功率，以降低有功損耗和維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電容器電抗器并聯(lián)電容器串聯(lián)電容器并聯(lián)電抗器二次設(shè)備：①測量表計②繼電保護及自動裝置測量電路中的電氣參數(shù)：電壓表、電流表、功率因數(shù)表迅速反應不正常情況并進行監(jiān)控和調(diào)節(jié)二次設(shè)備：③直流電源設(shè)備供給控制、保護和廠用直流負荷、事故照明的直流用電。

直流發(fā)電機組蓄電池組整流設(shè)備二次設(shè)備：④操作電器、信號設(shè)備及控制電纜如各種類型的操作把手、按鈕等操作電器實現(xiàn)對電路的操作控制，信號設(shè)備給出信號或顯示運行狀態(tài)標志，控制電纜用于連接二次設(shè)備。信號設(shè)備控制電纜16

1、電氣接線在發(fā)電廠和變電站中，根據(jù)各種電氣設(shè)備的作用及要求，按一定的方式用導體連接起來所形成的電路，稱為~。2.1.2電氣接線和裝置一次電路（電氣主接線）：由一次設(shè)備，如發(fā)電機、變壓器、斷路器等，按預期的生產(chǎn)流程所連成的電路。二次電路（二次接線）：由二次設(shè)備所連成的電路。

電氣主接線：表明電能匯集和分配的關(guān)系以及各種運行方式。17182、配電裝置根據(jù)電氣主接線的要求，由開關(guān)電器、母線、保護和測量設(shè)備以及必要的輔助設(shè)備和建筑物組成的整體。屋內(nèi)配電裝置：屋外配電裝置圖2-119屋內(nèi)配電裝置屋外配電裝置發(fā)電機電壓配電裝置高壓配電裝置202.2發(fā)電廠的電氣部分2.2.1300MW發(fā)電機組電氣部分1、電氣主接線

a、電氣主接線的特點：發(fā)電機—變壓器單元接線；在主變壓器低壓側(cè)引接一臺高壓廠用變壓器，供給廠用電；在發(fā)電機出口側(cè)，通過高壓熔斷器接有三組電壓互感器和一組避雷器；在發(fā)電機出口側(cè)和中性點側(cè)，每相裝有CT4只；發(fā)電機中性點接有中性點接地變壓器；高壓廠用變壓器高壓側(cè)，每相裝有CT4只。21b、全連分相封閉母線的優(yōu)點：供電可靠；運行安全由于外殼的屏蔽作用，母線電動力大大減少，而且基本消除了母線周圍鋼構(gòu)件的發(fā)熱運行維護工作量小22232、主要電氣設(shè)備發(fā)電機：額定功率300MW，額定電壓20kV，額定電流10189A，功率因數(shù)0.85，額定轉(zhuǎn)速3000r/min。主變壓器：額定容量360MV.A，額定電壓242＋2＊2.5%/20kV，額定電流858.9／10392.3A，連接組別YN，d11。高壓廠用變壓器：額定容量40／20-20MVA，額定電壓20±2×2.5％／6.3-6.3kV，接線組別D，d12，d12。24電壓互感器：JDZJ－20型。高壓熔斷器：RN4-20型電流互感器：LRD-20型，變比22000／5A。中性點接地變壓器：干式、單相，額定電壓20／0.23kV，額定容量30kV.A。252.2.2600MW發(fā)電機組電氣部分1、電氣主接線額定電流19245A，采用全連分相封閉母線。2、電氣主接線的特點發(fā)電機與變壓器的連接采用發(fā)電機-變壓器單元接線,發(fā)電機和主變壓器之間沒有斷路器和隔離開關(guān).主變壓器采用三個單相雙繞組變壓器接成三相組,低壓側(cè)繞組接成三角形,高壓側(cè)繞組接成星形。在主變壓器低壓側(cè)引接一臺高壓廠用變壓器，供給廠用電。在發(fā)電機出口側(cè)和中性點側(cè)，每相裝有電流互感器3只。26發(fā)電機中性點接有中性點接地變壓器。高壓廠用變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè),每相裝有電流互感器2只.主變壓器高壓側(cè)引出線,每相裝有電流互感器3只.273、主要電氣設(shè)備發(fā)電機：額定功率600MW，額定電壓20kV，額定電流19245A，功率因數(shù)0.9，額定轉(zhuǎn)速3000r/min。主變壓器：由三臺DFP－240型單相雙繞組變壓器結(jié)成三相組，額定容量3＊240MV.A。28高壓廠用變壓器：接線組別D，d12，d12。電壓互感器：JDZ－20型。電流互感器：LRD-20型，變比22000／5A。中性點接地變壓器：干式、單相，額定電壓20／0.23kV，額定容量30kV.A。292.2.31000MW發(fā)電機組電氣部分1、電氣主接線2、特點：1）發(fā)電機與主變壓器的連接采用發(fā)電機—變壓器單元接線，它們之間沒有斷路器和隔離開關(guān)。2）發(fā)電機出口主封閉母線上有接地開關(guān)。3）主變采用三臺單相雙繞組油浸式變壓器。4）主變低壓側(cè)引接兩臺容量相同的高壓廠用變。5）發(fā)電機中性點經(jīng)隔離開關(guān)接有中性點接地變壓器。303、主要電氣設(shè)備1）發(fā)電機：PN=1008MW，UN=27KV，IN=23949A。2）主變：單相雙繞組，額定容量3×380MV·A，額定電壓525/27kV，額定電流1254/14074A，YNd11。3）高壓廠用變：額定容量68/34-34MV·A，額定電壓27+2×2.5%/10.5-10.5kV。4）電壓互感器：5）中性點接地變壓器312.2.4數(shù)字化發(fā)電廠1、數(shù)字化電廠的概念數(shù)字化電廠是通過對電廠物理和工作對象的全生命周期量化、分析、控制和決策，提高電廠價值的理論和方法。因此，數(shù)字化電廠既不是一個項目，也不是一個軟件或系統(tǒng)，而是一種理論和方法。這一理論和方法研究的對象是電廠的物理對象和工作對象，其方法是從整個生命周期出發(fā)研究如何對其進行量化、分析、控制和決策。322、數(shù)字化電廠的目標

電廠將所有信號數(shù)字化、所有管理的內(nèi)容數(shù)字化，然后利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)可靠而準確的數(shù)字化信息交換、跨平臺的資源實時共享，進而利用智能專家系統(tǒng)提供各種優(yōu)化決策建設(shè)，為機組的操作提供科學指導。其作用是可以降低發(fā)電成本、提高上網(wǎng)電量、減少設(shè)備故障，最終實現(xiàn)電廠的安全、經(jīng)濟運行和節(jié)能增效。3、數(shù)字化電廠發(fā)展模式1）基于上層網(wǎng)絡(luò)模式（信息網(wǎng)絡(luò)）；2）基于下層網(wǎng)絡(luò)模式（FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)Field

bus

Control

System)；3）基于控制網(wǎng)絡(luò)模式（DSC分散控制系統(tǒng)Distributed

Control

System）；4）上中下網(wǎng)絡(luò)合一模式；5）數(shù)字化發(fā)電廠5層網(wǎng)絡(luò)模型3334三個層次：是直接控制層、管控一體化層、管理決策層；兩個支持系統(tǒng)：數(shù)據(jù)庫支持系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)支持系統(tǒng)。354、數(shù)字化電廠中的重要系統(tǒng)1）FCS（fieldbuscontrolsystem）現(xiàn)場控制系統(tǒng)2）DCS（DistributedControlSystem）分布式控制系統(tǒng)3、SIS（（SupervisoryInformationSysteminplantlevel）廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)4、MIS（ManagementInformationSystem）管理信息系統(tǒng)5）DSS（decisionsupportsystem）決策支持系統(tǒng)36第三節(jié)高壓交流輸變電2.3.1高壓交流輸變電概述一、促進輸電電壓等級發(fā)展的主要原因1、長距離輸送電能372、大容量輸送電能383、節(jié)省基建投資和運行費用4、電力系統(tǒng)互聯(lián)

392.3.2我國330kV及以上超高壓輸電1972年我國第一回330kV線路投入運行，經(jīng)甘肅泰安變電站至陜西省關(guān)中地區(qū)湯峪變電站，全長534km。1981年我國第一回500kV線路投入運行，由河南省姚孟電廠經(jīng)雙河向武漢送電，全長595km。2003年9月19日，西北750kV官亭至蘭州東輸變電工程正式開工。北京在十一五末期建成“晉東南—石家莊—北京東特高壓交流輸變電工程”，建設(shè)1000千伏北京東變電站1座，增加變電容量3000兆伏安。40超高電壓的作用：進一步提高了電網(wǎng)輸送能力；提高了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性；使大區(qū)電力系統(tǒng)內(nèi)各省電力系統(tǒng)之間，跨大區(qū)電力系統(tǒng)間起到了電力余缺調(diào)節(jié)、水電和火電互補、事故時相互支援的作用；通過在山西、內(nèi)蒙等?。▍^(qū)）煤炭基地建設(shè)坑口火電廠，變輸煤為輸電，大大減輕了鐵路運輸壓力，對國民經(jīng)濟具有深遠的意義。412.3.3500kV變電站電氣主接線一、變電站電氣主接線是變電站中匯集、分配電能的電路，通常稱為變電站一次接線，是由變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、母線、避雷器等電氣設(shè)備按一定順序連接而成的。

電氣主接線是整個變電站電氣部分的主干，主接線方案的選定，對變電站電氣設(shè)備的選擇，現(xiàn)場布置，保護與控制所采取的方式，運行的可靠性、經(jīng)濟性、靈活性、檢修、運行維護的安全性等，都有直接的影響。424344二、500kV變電站的電氣主接線1、電氣主接線采用3／2斷路器接線方式。2、600MW汽輪發(fā)電機與主變壓器接成發(fā)電機－變壓器單元接線方式，發(fā)電機出口不裝設(shè)斷路器，將發(fā)電機的額定電壓20kV經(jīng)三相雙繞組、容量為755MV.A主變壓器升高至500kV。3、發(fā)電機至主變壓器之間的主引出線采用分相封閉母線，廠用變壓器分支引出線和電壓互感器分支引出線也采用分相封閉母線。4、每臺發(fā)電機設(shè)有兩臺容量為56MV.A，電壓為20／10.5／3.15kV的高壓廠用變壓器。452.3.4500kV變電站主要電氣設(shè)備一、主變壓器1、500kV升壓變壓器主要特點：電壓等級高、傳輸容量大、對變壓器的設(shè)計和工藝的要求也很高。對于單機容量為600MW的發(fā)電機組，采用發(fā)電機－變壓器組單元接線；變壓器容量為755MV.A左右，多采用三相變壓器，也有采用三臺單相變壓器接成三相組的。46500kV升壓變壓器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)型式：戶外油浸三相變壓器；額定容量：755MV.A；額定電壓：525＋2＊2.5%/20kV；額定電流：830／21800A；阻抗電壓：13.32%；空載電流：0.114%；空載損耗：298.6kW;冷卻方式：強迫油循環(huán)風冷式；接線組別：YN，d11。47技術(shù)數(shù)據(jù)：型式：戶外油浸三相三繞組自耦變壓器；額定容量：750/750/240MVA額定電壓：525/230+9X1.33%/36kV;額定電流：824/1882/3849A;空載電流：0.2%；空載損耗：146.17kW;允許溫升：繞組60攝氏度，油55攝氏度；冷卻方式：強迫油循環(huán)風冷；接線組別：Yn,d11變壓器質(zhì)量：350t2、500kV自耦變壓器一般接成星形－星形或者星形－星形－三角形。降升4849二、斷路器

作用：

在正常情況下控制各電力線路和設(shè)備的開斷及開合。

在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動切除短路電流。

分類：

油斷路器、真空斷路器、空氣斷路器、SF6斷路器等。

505152三、隔離開關(guān)1、設(shè)備檢修時，隔離開關(guān)用來隔離有電和無電部分，形成明顯的開斷點，以保證工作人員和設(shè)備的安全；2、隔離開關(guān)和斷路器相配合，進行倒閘操作，以改變系統(tǒng)接線的運行方式。5354555657四、電壓互感器1、供電量結(jié)算用，要求有0.2級準確等級，但輸出容量不大；2、用作繼電保護的電壓信號源，要求準確等級一般為0.5級及3P級，輸出容量一般較大；3、用作合閘或重合閘檢查同期、檢無壓信號，要求準確等級一般為1.0級和3.0級，輸出容量較大。58五、電流互感器電流互感器是專門用作變換電流的特種變壓器。二次繞組輸出電流額定值一般為5A或1A。電流互感器的一、二次繞組之間有足夠的絕緣。59六、避雷器避雷器是變電站保護電氣設(shè)備免遭雷擊沖擊波襲擊的設(shè)備。目前使用的避雷器：保護間隙、管型避雷器、閥型避雷器、磁吹閥式避雷器和氧化鋅避雷器。606162七、并聯(lián)高壓電抗器和抽能并聯(lián)高壓電抗器1、并聯(lián)高壓電抗器

作用：補償高壓輸電線路的電容和吸收容性無功功率，防止電網(wǎng)輕負荷時因容性功率過多而引起電壓升高。概括如下：（1）限制工頻電壓升高容升效應：當容性功率通過感性元件時，會引起電壓升高，反映在空載線路上，會使線路上的電壓呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，即所謂～。63（2）降低操作過電壓降低合閘過電壓；大大降低開斷后發(fā)生重燃的可能性；降低了各種操作過程中的電壓強制分量，對線路上各種操作過電壓都有限制作用。（3）消除發(fā)電機帶長線出現(xiàn)自勵磁發(fā)電機的自勵磁：當發(fā)電機以額定轉(zhuǎn)速合閘于空載線路時，由于發(fā)電機電壓加于線路容抗上，電容電流的助磁作用使發(fā)電機電壓不斷升高。當發(fā)電機和線路的參數(shù)滿足一定的條件時，會出現(xiàn)發(fā)電機電壓超出額定電壓很高的情況，這就是所謂的～。（4）避免長距離輸送無功功率并降低線損并聯(lián)電抗器能吸收容性無功功率，使無功功率就地平衡，從而實現(xiàn)改善沿線電壓分布及降低有功功率損耗之目的。64（5）限制潛供電流，有利于單相自動重合閘故障點電弧不能馬上熄滅的原因：由于導線間存在分布電容，會從健全相對故障相感應出靜電耦合電壓；健全相的負荷電流通過導線間的互感影響，在故障相感應出電磁感應電壓。在這兩個電壓之和的作用下經(jīng)相對地電容可使故障點維持幾十安培的接地電流（潛供電流）。安裝并聯(lián)電抗器后，在小電抗器的補償作用下，使?jié)摴╇娏髦械碾娙蓦娏骱碗姼须娏鞫际艿较拗疲涌鞚摴╇娀〉南纭?52、抽能并聯(lián)高壓電抗器并聯(lián)高壓電抗器為單相式，每臺容量為40MVar，變比為525／√3／5.85／√3kV，冷卻方式為油浸自冷。主線圈和抽能線圈的變比誤差范圍為額定電壓的(－4～＋5)％。

（1）抽能并聯(lián)高壓電抗器L（2）中性點電抗器LN為了減小500kV線路發(fā)生單相接地故障時的潛供電流，提高單相重合閘的成功率，采用了并聯(lián)電抗器中性點經(jīng)電抗器接地的方式，以補償電容電流的影響。66（3）避雷器F在并聯(lián)電抗器本體6kV端子箱內(nèi)，每相安裝了2只氧化鋅避雷器。

（4）6kV隔離開關(guān)QS作用是當并聯(lián)電抗器處于運行狀態(tài)，而6kV系統(tǒng)的設(shè)備因故需停用(例如熔斷器更換熔絲，6kV電纜試驗等)，此時只需拉開這2把刀閘即可工作。（5）高速熔斷器

FU用于保護6kV真空斷路器之前各元件和電纜線路的故障，快速熔斷，保護抽能繞組。67（6）抽能中間變壓器T每個開關(guān)站配置了1臺580kVA有載調(diào)壓干式變壓器，變比為6±4×2.5％／0.4kV。（7）電壓互感器TV安裝于6kV配電室內(nèi)的電壓互感器，采用小車式結(jié)構(gòu)操作，干式結(jié)構(gòu)，變比為6.6／0.11／0.11／3，其作用是檢測6kV電壓，提供接地刀閘的電氣閉鎖和繼電保護用二次電壓。（8）真空斷路器QF1站用變壓器高壓側(cè)選用小車結(jié)構(gòu)的真空開關(guān)，額定電壓為7.2kV，額定電流為400A，額定開斷電流為8kA。低壓側(cè)真空開關(guān)QF2，額定電壓為400V，額定電流為1200A，額定開斷電流為50kA。68（9）接地開關(guān)QK用于更換電壓互感器熔絲或檢查電壓互感器的安全接地，與電壓互感器的小車有機械閉鎖，與真空斷路器以及抽能端子箱的門鎖間也有閉鎖功能。6kV真空斷路器與主地刀之間既有機械閉鎖又有電氣閉鎖：在機械上只有拉開QK后，才能操作QF1，即只有QF1拉開后，才能合上主地刀QK；在電氣上，只有在6kV無電壓、QF1斷開和3把QS刀閘全部拉開的三個條件同時滿足時，才能合上主地刀。696kV電壓互感器TV與其自身的接地刀閘QK之間采用機械聯(lián)鎖：當TV小車拉出后，互感器側(cè)的地刀QK則會自動合上，以利于運行人員更換熔絲或檢修人員檢查TV；需要操作合入小車時，互感器側(cè)地刀QK會首先斷開。對本體端子箱中2把刀閘QS的閉鎖：在本體端子箱的門上安裝電磁鎖，只有當6kV真空斷路器QF1和主地刀QK全部拉開后，才能打開端子箱的門，這樣才能操作這2把刀閘。70八、串聯(lián)電容器補償1、基本原理：減小線路電抗，提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。2、串聯(lián)電容器補償裝置的電氣接線：與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其使用目的、該裝置采用的過電壓保護方案以及系統(tǒng)發(fā)生故障被切除后要求裝置重投的時間有關(guān)。根據(jù)使用的目的不同：常規(guī)固定式串補有控制的串補晶閘管控制的串補71對于固定式串補按照過電壓保護方案和故障切除后要求串聯(lián)補償重投的時間，其電氣接線一般有以下形式：單間隙串聯(lián)補償接線雙間隙串聯(lián)補償接線非線性電阻串聯(lián)補償接線非線性電阻并帶觸發(fā)間隙的串聯(lián)補償接線。72圖片非線性電阻并帶觸發(fā)間隙的串聯(lián)補償接線73串聯(lián)電容器組金屬氧化物非線性電阻器觸發(fā)型放電間隔旁路斷路器阻尼電抗器電流互感器阻尼電阻器743、串聯(lián)補償裝置的主要設(shè)備（1）電容器組：是串聯(lián)補償裝置的主要設(shè)備，每相電容器組由320臺內(nèi)設(shè)熔斷器的電容器單元組成。（2）非線性電阻器：是用金屬氧化物制作而成。（3）觸發(fā)間隙：只要滿足特定條件,就可以迅速擊穿放電.75（4）旁路斷路器：用來投入和退出串聯(lián)電容器組。（5）阻尼電抗器和阻尼電阻器。（6）電流互感器：用于電容器組的不平衡保護、非線性電阻故障保護、平臺故障保護、間隙及旁路斷路器的啟動。762.3.3750kV超高壓輸變電示范工程77交流直流輸電之爭

1882年愛迪生電氣照明公司在倫敦建立了第一座發(fā)電站，安裝了三臺110伏“巨漢”號直流發(fā)電機，這是愛迪生于1880年研制的，這種發(fā)電機可以為1500個16瓦的白熾燈供電。美國發(fā)明家威斯汀豪斯組建了自己的電氣公司，致力于推廣交流輸電。VS4.4高壓直流輸電784.4.1概述一、直流輸電的優(yōu)點：1、線路造價低、年運行費用省。2、沒有運行穩(wěn)定問題。3、能限制短路電流。4、調(diào)節(jié)速度快、運行可靠。二、直流輸電的缺點1、換流裝置價格昂貴。2、消耗大